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通过模拟和试验研究的方法,分析了熔盐光热发电系统中的安全风险因素.结果表明,聚光集热系统中的光危害、高热流密度、高温环境和熔盐腐蚀泄漏等是主要风险因素.槽式光热系统热流密度峰值达4.37×104 W/m2,平均值超过1.8×104 W/m2,塔式光热系统热流密度高于槽式,错误聚焦极易引发火灾和烫伤事故.熔盐在高工作温度(120～600℃)下会降低系统的材料强度,对系统钢材腐蚀显著,产生安全事故.混合硝酸盐在 3 m/s流速下,对不锈钢 316 和 321 的腐蚀失量分别为0.023 kg/m2 和 0.024 kg/m2,与静态腐蚀相比分别增加了 44%和35%.混合碳酸盐对不锈钢304的静态腐蚀经360 h后,质量损失达0.236 kg/m2.为防控这些风险,提出了包括光热镜场防护、工质火灾事故防护、消防设计和腐蚀泄漏防护等措施.

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防控措施 风险因素 熔盐 光热系统

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针对当前无机熔盐相变材料在中低温储热领域研究的不足，本工作开发制备出一种相变温度为150～220℃的多元熔盐相变微胶囊复合材料，并对其微结构和热物性进行观察表征。本工作首先进行三元混合硝酸盐的制备，STA测试结果表明纯三元盐的熔融点为156.04℃，相变潜热为95.5 kJ/kg，分解温度达到626.3℃；之后在其基础上利用凝胶-溶胶法进行熔盐胶囊化封装，采用SEM-EDS、FT-IR、XRD和DSC等手段对微胶囊复合材料的微观结构、化学成分、晶体结构、物理化学兼容性和相变特性进行测试分析。结果显示三元硝酸盐可被有效地包覆在二氧化硅壳体中，所形成的微胶囊材料粒径范围为10～40μm，最高包覆率可达90.9%，微胶囊化后的熔融焓为86.81 kJ/kg，储热利用效率达78.36%，研究结果证明三元硝酸盐@二氧化硅微胶囊在中低温热能储存方面具有较高的应用潜力。

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相变材料 储能 微胶囊 中低温温区 多元硝酸盐

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为了分析使用温度低的混合硝酸盐储热材料与储罐材料Q345R的相容性，本文采用恒温静态腐蚀法将低合金钢Q345R置于450℃的混合熔盐中进行腐蚀性研究，利用失重法分析了金属试样在熔盐中的腐蚀失重量及腐蚀速率。通过1000 h腐蚀性测试，获得了Q345R在低温混合硝酸盐中的腐蚀动力学曲线；利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱分析仪(EDS)对金属试样在熔盐中的腐蚀行为进行表征。结果表明，Q345R在低温混合熔盐中的腐蚀失重量随腐蚀时间的延长较好地符合抛物线腐蚀规律，与相同工况下的太阳盐相比具有更低的腐蚀性，金属表面腐蚀氧化产物的结构和组成对Q345R在熔盐中的耐腐蚀性产生直接影响。因试样中Cr和Ni元素存在而产生的致密性腐蚀产物FeCr_2O_4、MnCr_2O_4提高了Q345R在450℃熔盐中的耐腐蚀性，因熔盐中Ca2+存在而产生的腐蚀产物CaFeO_4具有抑制腐蚀的作用，使得低温混合熔盐对Q345R的腐蚀性小于太阳盐。研究结果为低温混合熔盐作为储罐材料实际应用提供了选择依据。

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储罐 低熔点 腐蚀性 混合硝酸盐

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为了探究低氯离子含量(0.01％～0.05％,质量分数)对熔盐与金属材料腐蚀过程的影响,该文采用失重法研究316L不锈钢与氯离子质量分数为0.01％、0.03％、0.05％的混合硝酸盐的腐蚀行为.结果发现,在经过360 h的腐蚀实验后,316L不锈钢在氯离子质量分数为0.03％的熔盐中具有最小的失重量,其为0.4381 mg/cm2.采用SEM、EDS、XRD等方法对316L不锈钢表面形貌进行分析,结果表明,在添加氯离子后不锈钢的腐蚀产物中出现Ca(OH)2,在Ca(OH)2的形成过程会消耗氢氧根离子,从而降低了不锈钢失重量.

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硝酸盐 氯离子 X射线衍射谱图 太阳能热发电 不锈钢 腐蚀

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为探究加热条件对纳米熔盐热物性和形貌结构的影响,采用微波法将平均粒径为20 nm的SiO2纳米粒子以1％质量分数添加到低熔点四元混合硝酸盐Ca(NO3)2·4H2O-KNO3-NaNO3-NaNO2中制备纳米熔盐,利用同步热分析仪(DSC)、激光闪射分析仪(LFA)以及扫描电镜(SEM)分析熔盐的比热容、导热系数和形貌特征.结果表明,纳米熔盐的热物性与分散的均匀程度随微波加热条件的不同而变化,加热温度为250℃,恒温90 min时,纳米熔盐的比热容和导热系数平均提高率最大分别为18.5％和38.4％.利用扫描电镜对材料进行形貌分析,发现纳米熔盐形成了特殊的纳米结构,随着纳米结构数量的增加,其比热容也随之提高.可见,微波法是一种提高纳米熔盐热物性的有效方法.

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比热容 微波加热 熔融盐 纳米粒子 纳米结构 太阳能热发电

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混合硝酸盐具有低成本、低熔点和腐蚀性小等优点,广泛应用于太阳能光热发电及储能工程中。本团队经过十余年的完全自主研发,成功得到了低熔点高分解温度的LMPS系列混合硝酸熔盐。本工作首先采用同步热分析仪对不同种类混合硝酸盐的熔点和分解温度进行测试分析,与其他种类混合硝酸盐对比发现,LMPS II熔盐具有最低的熔点温度和最高的分解温度,液态范围区间最大。其次通过对1200 h高温恒温实验结果分析发现,低熔点混合四元硝酸盐的熔点最大波动范围为±4.89%,其分解温度的最大波动范围为±3.54%。LMPS II的比热容,导热系数和综合成本均优于LMPS I和LMPS III,因此在实际的工程应用中,低熔点...

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熔盐 混合硝酸盐 低熔点 储热

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为了验证经典对流换热关联式对于新型的低熔点四元硝酸盐的适用性,该文研究了不同工况下低熔点四元混合硝酸盐在套管式换热器内的受迫对流换热特性。通过套管式换热器内管中的熔盐与壳侧的导热油的换热实验,测量得到熔盐与导热油在套管式换热器实验段的进出口温度,并获得了熔盐与导热油的总传热系数。通过威尔逊分离法从总传热系数中分离得到熔盐侧的对流换热系数,从而研究圆管中熔盐的对流换热特性。结果表明:该低熔点四元盐在研究的充分发展紊流区域内,其雷诺数在1×10~4～5×10~4之间,普朗特数在4.9～15.5之间,熔盐和导热油的总换热系数在670～1300 W/(m~2·K)之间,熔盐侧的对流换热系数在2900～...

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熔融盐 受迫对流 传热 紊流段

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为提高熔盐的比热容,将平均粒径为20 nm的SiO_2纳米粒子以1%质量分数添加到自主研发的四元混合硝酸盐中,采用超声-微波法,得到低熔点熔盐纳米复合材料。采用同步热分析仪测量熔盐纳米复合材料的比热容。试验结果表明,微波干燥法可使熔盐纳米复合材料的比热容提高约38.8%,而常规干燥方法仅能使其比热容提高19.4%。采用扫描电子显微镜(SEM)观察熔盐纳米复合材料的微观结构,发现固体熔盐表面形成了类似链状的特殊纳米结构。这种具有高比表面积和高表面能的特殊结构是比热容提升的关键。此外,采用微波干燥法还可以提高熔盐纳米复合材料的制备效率。

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熔融盐 纳米粒子 纳米结构 比热容 蓄热材料 微波干燥

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A low-cost mixed nitrate with low melting point and high decomposition temperature was provided. The melting point, decomposition temperature, latent heat, specific heat, density, thermal diffusivity, thermal conductivity and thermal stability were tested and analyzed, and base on the experimental data, the heat storage cost is calculated. The results show that the low cost mixed nitrate has a significant advantage on the melting point, decomposition temperature, cost and thermal stability, have the potential using as heat transfer and energy storage material in solar thermal power plants and nuclear power plants. © 2020, Editorial Board of Acta Energiae Solaris Sinica. All right reserved.

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Energy storage CSP Thermal stability Molten salt Thermophysical properties

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优选出一种熔点较低、分解温度较高的新型低成本四元混合硝酸盐,对其熔点、分解温度、潜热、比热、密度、热扩散系数、导热系数以及热稳定性进行实验与分析,并基于实验数据对于优选的混合熔盐的显热蓄热成本进行计算,结果表明该低成本四元混合硝酸盐在熔点、分解温度、成本、热稳定性等方面都具有显著优势,有作为中高温传热蓄热介质在太阳能热电厂及核电发电厂中应用的潜质.

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储能 太阳能热发电 熔融盐 热稳定性 热物性

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